芯片的“隐形血液”：电子特气从入门到精通
如果你把一块12英寸晶圆放大到足球场大小，那么任何一粒尘埃都变成巨石；任何0.0001%的杂质，都可能让价值数千万的芯片报废。
电子特气，就是在这块“足球场”里反复吹过的“无菌氧”。
- 电子特气是什么？
定义：在集成电路、显示面板、LED、光伏等高端制造中，参与物理或化学反应的高纯（≥99.999%）或超高纯（≥99.9999%）特种气体。
分类速记：
• 刻蚀气：CF₄、SF₆、Cl₂、HBr——“雕刻师”
• 沉积气：SiH₄、WF₆、TEOS、NH₃——“砖瓦匠”
• 光刻气：Ar/Ne/F₂/Kr混合气——“摄影师”
• 掺杂气：PH₃、AsH₃、B₂H₆——“调味剂”
• 环境气：N₂、Ar、He——“保护罩”
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2. 为什么它被称为“芯片血液”？
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工艺环节 |
气体角色 |
纯度红线 |
失效后果 |
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离子注入 |
AsH₃ |
99.9999% |
阈值电压漂移 → 芯片报废 |
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CVD沉积 |
WF₆ |
99.9999% |
薄膜电阻异常 → 性能阉割 |
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干法刻蚀 |
CF₄/O₂ |
99.9995% |
关键尺寸偏差 → 良率腰斩 |
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光刻 |
Ar/F/Ne |
比例±0.1% |
波长漂移 → 图案错位 |
一句话：芯片越小，气体越纯；工艺越先进，品种越多。
目前7 nm产线需110余种特气，3 nm产线预计增至130种以上。
离子注入工艺流程
化学气相沉积工艺中电子气体的使用流程
刻蚀工艺中电子气体的使用流程
光刻工艺中电子气体的使用流程
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3. 制造流程：空气→9N纯度如何炼成？
Step1 原料：空气、工业尾气、卤素盐、硅烷矿
Step2 空分：-196 ℃低温精馏，先拿N₂、O₂、Ar
Step3 合成：电解、催化、裂解，生成SiH₄、NF₃、WF₆
Step4 纯化：
• 化学吸附：除去H₂O、O₂、CO₂
• 低温精馏：同位素/轻杂质分离
• 钯膜过滤：H₂透过，其他拦截
→ 纯度由5N（99.999%）→7N（99.99999%）
Step5 混配：ppm级比例误差<±1%
Step6 检测：ppb级金属离子、颗粒计数
Step7 包装：电解抛光EP级钢瓶+负压置换，防止二次污染
气体合成及空气分离工艺流程图
气体纯化工艺流程图
气体检验及气瓶处理工艺流程图
气体充装及气体混配工艺流程图
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4. “四大门派”如何垄断全球90%市场？
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门派 |
2020收入 |
核心秘籍 |
中国布局 |
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美国空气化工AP |
88亿美元 |
现场制气+TGCM一站式 |
上海、天津、西安 |
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德国林德Linde |
272亿美元 |
并购狂魔，1000+工艺专利 |
大连、宁波、厦门 |
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法国液空AL |
240亿欧元 |
氢气+电子气双轮驱动 |
上海、合肥、成都 |
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日本酸素TNSC |
6200亿日元 |
MOCVD设备+气体闭环 |
无锡、大连、成都 |
打法拆解：
① 全球化：气体运输半径≤200 km，并购/合资快速占位；
② 一体化：空分设备+气体+运维，绑定客户10~20年长单；
③ 多元化：大宗+特气+氢能，平滑周期波动。
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5. 中国突围：八大金刚与五大短板
5.1 国产八大金刚
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公司 |
拳头产品 |
纯度/认证 |
下游客户 |
2025扩产计划 |
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华特气体 |
光刻混合气 |
ASML认证 |
中芯、Intel、台积电 |
佛山二期7 t/年 |
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金宏气体 |
超纯NH₃ |
7N |
SK海力士、中芯 |
苏州+重庆共6000 t |
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雅克科技 |
SF₆、CF₄ |
6N |
三星、长江存储 |
成都技改12000 t SF₆ |
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南大光电 |
PH₃、AsH₃ |
6N5 |
三安、京东方 |
宁波350 t PH₃ |
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昊华科技 |
NF₃、WF₆ |
5N5 |
长鑫、华虹 |
洛阳4600 t NF₃+WF₆ |
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派瑞特气 |
NF₃、WF₆ |
6N |
台积电、三星 |
肥乡5400 t NF₃ |
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杭氧股份 |
电子级N₂/O₂ |
6N |
晶合、粤芯 |
现场制气20万Nm³/h |
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凯美特气 |
稀有气体Ne/Kr/Xe |
6N |
华星、天马 |
岳阳1000 t/年 |
5.2 五大短板
① 纯度天花板：国产7N已量产，8N+仍空白；
② 品种缺口：IC用110种，只能做30种；
③ 设备受制：高纯泵阀、分析仪器90%进口；
④ 认证周期长：IC级2~3年，面板级1~2年；
⑤ 运输安全：剧毒品/易燃品法规+物流成本双高。
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6. 未来战场：3 nm之后，气体还能怎么卷？
技术极限：
• 纯度：8N→9N（10 ppt杂质）
• 混合精度：±0.05 % → ±0.01 %
• 新分子：锗烷GeH₄、乙硅烷Si₂H₆、新型高-k金属前驱体
商业模式：
• 现场小型化：橇装NF₃、WF₆发生器，减少运输风险；
• TGCM 2.0：AI预测用量+远程钢瓶RFID，库存下降30%；
• 循环经济：晶圆厂尾气回收→现场再提纯，闭环利用率>80%。
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7. 一张图读懂产业链&国产机会
上游：空气/化工尾气 → 空分设备（杭氧、盈德）
↓
中游：气体合成+纯化+混配（华特、金宏、南大、派瑞）
↓
下游：晶圆厂/面板厂 TGCM服务（正帆、和远）
机会清单（收藏级）
• 设备：超高纯阀门、质量流量计、在线FTIR分析仪
• 材料：9N级吸附剂、EP级钢瓶、氟树脂密封圈
• 服务：第三方TGCM、危废尾气处理、氢气回收
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结语
当芯片制程逼近1 nm，电子特气不再只是“耗材”，而是决定摩尔定律能否继续的“氧气瓶”。国产化不是选择题，而是生死题。
下一轮半导体周期，谁能在纯度、品类、服务、安全四大维度全部通关，谁就能成为中国的“第五大门派”。